有了“它”，开飞机，so easy

薛骁

人在开车的时候会根据目的地规划路径，开车过程中根据实时路况变道、加减速度甚至更改路线，这一切大都离不开人的计算、思考和操作。近几年，各大科技公司、汽车厂商不惜重金砸向无人驾驶汽车项目，无非就是想在汽车上实现计算机对人的替代，而自动飞行控制系统让飞机早就具备了这一功能。

一次伟大的飞行

一切还要从百余年前的一次飞行说起。1914年，巴黎航展上，年轻的劳伦斯？斯佩里和他的助手胸有成竹地起飞了，平稳的飞行似乎并没有什么新奇。

而当飞机低飞接近人群时，观众们清楚地看到劳伦斯站在机舱里，双手高高举过头顶，他的助手则爬出机舱，走上一侧机翼。现场的人们都震惊了——这架飞机在没有人操纵的情况下竟然也能正常飞行！接着，助手走到机身后部，飞机一下子失去了平衡，然而，在不需要驾驶员操作的情况下，飞机很快又恢复了正常，平稳地继续飞行。

飞机一落地，劳伦斯就成了名人，而这次飞行也成为人类历史上第一次自动飞行。

实现这次伟大飞行的关键器件是由陀螺控制的自动驾驶仪，其装备的4个陀螺仪能感受飞机的姿态和航向，发送指令给飞行操纵面的伺服装置，自动纠正偏航、俯仰和滚转趋势，实现飞机的平稳飞行。这就解释了为什么劳伦斯在驾驶舱里高举双手，不进行任何操作，飞机仍然能纠正姿态正常飞行。

此后，随着技术的发展，自动驾驶仪的功能也越来越完善。到了20世纪60年代，自动驾驶仪可以接收无线电导航、惯性导航的指令输入，增加了外回路控制部分。而随着民航的发展，对飞机自动进近、自动着陆的要求进一步扩大了自动驾驶仪外回路控制部分，其与自動油门结合后形成了较为完整的自动飞行控制系统。

目前，自动飞行控制系统已发展为集飞行导引控制系统、自动推力、自动着陆、飞行包线保护、告警通告等为一体的复杂系统。除起飞阶段外，其他飞行阶段均可以通过计算机进行自动控制。

对人的部分替代

当人控制飞行时，他会通过仪表盘等知道飞机的位置、速度、姿态等信息，通过大脑进行计算，明确如何操纵侧杆、脚蹬等来控制飞机。

而当自动飞行控制系统控制飞行时，它也会像人一样获取各种信息，例如，导航的大气数据系统会为其提供大气数据信息，从而确定飞机的速度和高度；惯导系统会提供飞机的姿态信息以及在几个方向上的过载、爬升率和下降率；发动机系统会提供其自身当下的工作状态信息；飞行管理系统会提供规划好的路径，给自动飞行控制系统发送指令，即下一步到哪儿、怎么飞。自动飞行控制系统对上述输入进行解析后，输出指令给主飞控系统，通过主飞控系统控制舵面，实现平稳飞行。

“这种对人的驾驶功能的部分替代是自动飞行控制系统设计的主要出发点之一。”中国商飞上飞院飞管系统部自动飞行室主任柯劼介绍道。目前，民航飞行通常采用两人机组，除操纵飞机外，正副驾驶还要完成检查、空地对话等很多任务。在长时间巡航过程中，飞行员对飞机的操纵很单一。“飞行员大多数时候都是根据空管给的指令，沿着一条建在空中的‘高速公路飞行，整个巡航阶段飞机的机动比较小。这时候，自动飞行系统的介入就解放了飞行员的双手双脚，减轻了飞行员在长时间，尤其是跨国、跨洋飞行中的工作负担。全程手动控制飞机对飞行员来说，无论是在生理上还是心理上都是一种考验。就像一直开高速，人也会疲惫一样。”

通常，利用自动飞行控制系统，飞行员可以通过两种模式来控制飞机：管理模式和选择模式。

说起管理模式，就不得不提到飞行管理系统，其主要功能是对飞行计划进行管理，也就是规划了飞机从起飞机场到目标机场如何飞行的全路径。它具有强大的导航计算、性能计算和制导功能，可以实现飞机的全自动导航，提供从起飞到进近着陆的最优水平飞行轨迹和垂直飞行剖面。在这种模式下，自动飞行控制系统根据飞行管理系统的指令进行飞行，这也是在实际飞行中使用较多的模式。

然而，由于每片空域的繁忙程度、飞机的实时飞行情况可能不会完全与飞行管理系统预设的情况一致，这时，空管就会给飞行员指令，飞行员就要通过选择模式进行控制。就像一些汽车虽然有定速巡航模式，但是真正开到路上的时候，驾驶员也不能一直用定速巡航，即便在高速公路上，也需要根据实时路况进行调整。

通常，在驾驶舱遮光罩的中央，有一块飞行模式控制板（FMCP），飞行员可以通过它选择不同的自动飞行模式。“C919飞机共有二十多种模式，每种模式都有其特点。例如，高度保持模式可以让飞机保持在固定的高度飞行，垂直速度模式就是保持固定的爬升率或者下降率，达到飞行员设定的目标高度。航向/航迹选择模式能帮助飞行员从当前的航向/航迹转变到其选择的目标航向/航迹，”柯劼介绍说，“航线运行中飞机所需完成的所有动作都可以通过这二十多种飞行模式来实现。”

CATⅢa自动着陆功能

众所周知，进近着陆阶段是飞行过程中的事故高发阶段，此时飞行员需要进行的操作较多，若是再遇到大雾、雨雪等天气，能见度较低，更是对飞行员心理素质和专业素质的双重考验。

若是在这一过程中能利用精密的电子设备辅助飞行员进行降落着陆，岂不大大减小了飞行员的压力？贴心的飞机设计师们早就考虑到了这一点。C919飞机自动飞行控制系统所具备的CATⅢa自动着陆功能可以帮助飞行员在能见度较低的情况下完成安全着陆。

CATⅢa自动着陆属于一种精密进近着陆。国际通用的精密进近着陆等级一般按照能见度条件划分，即综合考虑决断高度（DH）和跑道视距（RVR）两个因素，将精密进近着陆等级划分为Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ类。前两类为精密进近着陆，最后一类即自动着陆，其中自动着陆等级又分为三类，分别为CATⅢa、CATⅢb、CATⅢc。

“CATⅢa是指跑道视距在600英尺、决断高度50英尺的时候才能建立目视参考的气象条件，”柯劼介绍道，“C919自动飞行控制系统所具备的CATⅢa自动着陆功能要保证在这种情况下，能够自动地控制飞机安全落地。在多雾地区或能见度不高的情况下，CATⅢa自动着陆能保证航班的准点率，提高航空公司的运行效率，节约成本。”

此时，要保证飞机能够安全着陆，对自动飞行控制系统来说是个不小的挑战。这就需要自动飞行控制系统的控制律能够根据导航系统提供的信号对飞机下降率、航向等进行调整，确保飞机速度方向始终与跑道中心线保持一致。“CATⅢa自动着陆功能的设计研发在国内尚属首次，我们在对标国际先进的基础上，努力探索适合C919飞机的设计，让我们的国产大飞机在今后进入市场时能够更具竞争优势。”